Produzione di compositi microfibrillari (MFC) a base di polipropilene e polietilene tereftalato glicolato mediante fabbricazione a filamento fuso

I polimeri sono materiali ingegneristici versatili e ampiamente utilizzati in quasi tutti i settori a livello globale, grazie alle loro eccellenti proprietà come la bassa densità, il buon rapporto resistenza/peso, la tenacità, la resistenza alla corrosione, la facilità di lavorazione, la libertà progettuale e, soprattutto, il basso costo e la disponibilità su scala mondiale. Queste caratteristiche hanno portato a una produzione massiccia di polimeri. Tuttavia, nonostante la loro rilevanza tecnica, la diffusione della plastica monouso rappresenta una crescente preoccupazione ambientale. Parallelamente, la crescente domanda di materiali compositi nella stampa 3D, dovuta alle loro prestazioni superiori, ha attirato l’interesse della ricerca. I compositi microfibrillari (MFC) rappresentano una soluzione promettente per migliorare le prestazioni e la sostenibilità dei materiali polimerici attraverso un rinforzo guidato dalla morfologia. Questa tesi analizza la progettazione, la produzione e la caratterizzazione di MFC costituiti da polipropilene (PP) come matrice e polietilene tereftalato glicolato (PETG) come fase dispersa, con l’obiettivo di migliorarne l’idoneità alla stampa 3D. L’approccio si basa su un processo in tre fasi: miscelazione a caldo, stiramento a freddo e isotropizzazione, per indurre la formazione in situ di microfibre di PETG all’interno della matrice di PP. È stata sviluppata una linea di lavorazione su scala di laboratorio per effettuare la microfibrillazione e integrare successivamente estrusione, trattamento termico e fabbricazione tramite fusione di filamento (FFF) per la produzione dei filamenti e la stampa dei pezzi. Il sistema è stato ottimizzato per ottenere una fibrillazione omogenea mantenendo al tempo stesso una buona stampabilità. La caratterizzazione meccanica e termica è stata effettuata tramite prove di trazione, calorimetria differenziale a scansione (DSC) e analisi termogravimetrica (TGA). Queste analisi hanno valutato gli effetti del processo microfibrillare su rigidità, resistenza a trazione, allungamento a rottura, comportamento di cristallizzazione e degradazione termica, confrontando i risultati con i materiali vergini. I risultati hanno confermato che i filamenti microfibrillati migliorano rigidità e resistenza, riducendo la duttilità, in linea con il meccanismo previsto di rinforzo. Le analisi termiche hanno inoltre evidenziato un miglioramento della cristallizzazione e della stabilità termica rispetto alle miscele non modificate. Il processo mantiene la riciclabilità termoplastica e dimostra la fattibilità di produrre materiali riciclabili e ad alte prestazioni per la manifattura additiva. Questo lavoro contribuisce alla comprensione della relazione tra struttura e proprietà nei sistemi polimerici immiscibili, proponendo un approccio concreto allo sviluppo sostenibile di compositi per applicazioni nella stampa 3D.